2013.05.01.

1

Analóg és Digitális Rendszerek Megvalósítása Programozható Mikroáramkörökkel

Az alkatrészek…

Szűcs Zoltán | szucs@eet.bme.hu

Az alkatrészek…• Passzív elektronikai elemek

• Ellenállások

• Kondenzátorok

• Induktivitások

• Transzformátorok

Az alkatrészek…• Aktív elemek

• Diódák különböző típusai• Zenerek, LED-ek, kijelzők, négyrétegű dióda, schottky

• diódahidak

• Kis és nagy teljesítményű diszkrét tranzisztorok

E éb t lj ít é fél tők• Egyéb teljesítmény-félvezetők:• Tirisztor, triac, PowerMOSFET

• Relék, optocsatolók…

• Integrált áramkörök különböző megjelenési formában

Az alkatrészek…• Mechanikai elemek:

• Kapcsolók és nyomógombok

• Csatlakozók

• Biztosítékok

Az ellenállások legfontosabb paraméterei

• ÉRTÉK és pontosság (tűrés vagy tolerancia)

• Kivitel (furatszerelt, felületszerelt)

• Teljesítmény és hőmérsékleti együttható

• Alapanyag és zaj

• Parazita induktivitás• Parazita induktivitás

Ellenállás értékek• A gyakorlatban az ellenállásokat értékkategóriákba

soroljuk. Ezeket a kategóriákat az Electronic Industries Association (EIA) szabványa rögzíti.

• Az értékkategóriákat úgy próbálták meghatározni, hogy a sorozathoz tartozó toleranciával számolva a kategóriák között lehetőleg ne legyen átfedés sem rés!g g gy

• A kategóriák mindig egy dekádot osztanak fel(Pl. 100-1000Ω)

• Módszer: ha az első létező érték 100Ω és a tűrés ±10%, akkor nincs értelme 105Ω-os ellenállást gyártani, mert az az érték még a 100Ω-ostűrési sávjába esik.

2013.05.01.

2

Ellenállás értékek• A kategóriasorokat E-betűvel és egy számmal jelöljük.

A szám a dekádon belüli felosztás finomságát jellemzi.

• E3 50%-os tolerancia (már nem használt)E6 20%-os tolerancia (ritkán használt)E12 10% toleranciaE24 5% toleranciaE24 5% toleranciaE48 2% toleranciaE96 1% toleranciaE192 0.5, 0.25, 0.1% és pontosabb

Az E12-es sorozat

517

616

748

902

504

612

738

470

560

680

820

500

600

700

800

900

1000

Kategóriaérték ‐10% +10%

100 90 110

120 108 132

150 135 165

180 162 198

220 198 242

270 243 297

330 297 363

390 351 429

110132

165198

242

297

363

429

90108

135162

198

243

297

351

423

100120

150180

220

270

330

390

470

0

100

200

300

400

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

390 351 429

470 423 517

560 504 616

680 612 748

820 738 902

Resistor Color Card 2. oldal

Régi típusú ellenállások• Kezdetben kerámiacsőre

tekercselt ellenálláshuzalból készítettek forrfüles ellenállásokat.

Furatszerelhető ellenállások• A nyomtatott áramköri

szerelési technológia megjelenése okozta a furatszerelhető alkatrészek elterjedését.

• Az ellenállás értékét kezdetben felirattal, majd színkóddal jelölték.

Kivezető huzalokkal ellátott Carbon kompozit ellenállás

Ellenállás színkódok• A felirattal ellentétben a színkód bármilyen

pozícióban beültetve látszik…

4 és 5-sávos ellenállás színkódok

2013.05.01.

3

A felületszerelhető ellenállások• A furatba való ültetésnél egyszerűbb, olcsóbb

és helytakarékosabb technológia a felületszerelés.

• Ebben a technológiában az alkatrész tokján lévő forraszfelületek vagy kis tappancsok szolgálnak az elektromos bekötésre és az alkatrész mechanikai rögzítésére is.

• A hordozón (PCB) furat nélküli pad-ekre ültetjük az alkatrészt.

SMD ellenállások feliratai• R = számérték · szorzó

Pl.: 222 >> 22·102Ω

A következő méretű chip-ellenállások a legelterjedtebbek:

Méret: 0201, 0402, 0603, 0805, 1206, 1210, 2010, 2512, 3616, 4022

Teljesítmény kb.:0402(1/16W), 0603(1/10W), 0805(1/8W), 1206(1/4W), 1210(1/3W), 2010(3/4W), 2512(1W), 3616(2W), 4022(3W)

Tolerancia: 0.1%, 0.5%, 1%, 5%

Termikus együttható: 25ppm 50ppm 100ppm

Hálóellenállások Potenciométerek• Lineáris (általános célra)

• Logaritmikus (hangerőszabályozáshoz)• sztereo-potméter

• Kiviteli forma:• Csavarógombosg

• Trimmer

• Teljesítményük: általában kicsi!• Nagyobb teljesítményű: huzalpotméter (L=?)

Potenciométerek

HelipotNormál fémházas potméter

Sztereo

Trimmerek

Normál fémházas potméter

Termisztorok• Pozitív (PTC), vagy

negatív (NTC) termikus együtthatójú ellen-állások…

Felületszerelhető termisztorok

Furatszerelhető termisztorok

2013.05.01.

4

Speciális ellenállások• Speciális ellenállás az

ún. fuse resistor vagy fusible resistor, melyet túláramvédelemre használunk… Korszerű, felületszerel-

hető fuse resistor

…illetve a 0 ohmos „jumper” resistor.

Speciális ellenállások• PCB-re nyomtatott

szénréteg ellenállások

A tolerancia: +/- 30% is lehet!

Alkalmazás:Fel- és lehúzó

ll állá kellenállások.

Speciális ellenállások• Nagy teljesítményű

ellenállások

• Hűtőfelületre csavarozható vagy kerámia tokozású kivitel

400A, 60mV

Sönt ellenállás(shunt resistor, milliohmresistor)

Speciális ellenállások• „Current sense” –

áramérzékelő ellenállások.

Caddock

International Resistive

Áramérzékelés ellenállással• Két vezetékes

• Négy vezetékes

www.koaspeer.com

Ellenállások csomagolása• Tekercselt szalagtár

(tape and reel)

2013.05.01.

5

Teljesítmény és hőmérsékleti együttható

• Az ellenállások teljesítménye kiviteltől függő katalógusadat (rated power, W)

• Az áramkör méretezésénél fontos figyelembevenni a környezeti hőmérsékletet, amelytől függ az alkatrészen megengedhető maximális disszipáció! Bizonyos hőmérséklet fölött mérsékelni kell az alkatrészen felszabaduló hőmennyiséget, különben az alkatrész tönkremehet. (derating)

Yageo katalógus

Teljesítmény és hőmérsékleti együttható

• A hőmérsékleti együttható az ellenállás viselkedését írja le egy meghatározott hőmérsékleti tartományban.

• Katalógusadat Yageo katalógus

A kondenzátorok legfontosabb paraméterei

• ÉRTÉK (névleges kapacitás)• Névleges feszültség• Pontosság, tűrés• Alapanyag (diel., fegyv.)• Veszteségi tényező• Frekvenciatartomány• Polarizált/nem polarizált• Maximális váltakozó áram• Maximális hőmérséklet• Kivitel (furatszerelt, felületszerelt)

Az alkatrész paramétereinek fontossága

• Egy-egy alkatrész helyes alkalmazásához nem elég a névleges értékét ismerni!

• Fontos az adatlapban leírt egyéb paraméterek ismerete is!

A névleges kapacitás• A (névleges) kapacitás (rated capacitance) alatt tk. a

kondenzátor helyettesítő áramkörében szereplő ideális kapacitív elem (C) kapacitását értjük.

Négyelemes helyettesítőkép kondenzátorokhoz

A parazita elemek• Az átvezetési ellenálláson (R) kívül egy ESR indexszel

ellátott ekvivalens soros ellenállást (Equivalent Series Resistance) is figyelembe kell vennünk.

Négyelemes helyettesítőkép kondenzátorokhoz

2013.05.01.

6

A parazita elemek• A konstrukciótól függően a kondenzátor

fegyverzeteinek és kivezetéseinek kisebb vagy nagyobb soros parazita induktivitása (L) is van.

• Könnyen belátható, hogy a nagyfrekvenciás alkalmazhatóságot ez utóbbi két parazita elem határozza meg.g

Négyelemes helyettesítőkép kondenzátorokhoz

Valódi kondenzátor karakterisztikája

Milyen frekvencián alkalmazható legjobban tápszűrésre ez a kondenzátor?

Kerámia kondenzátorok• Nagyfrekvencián alkalmazhatók

• Viszonylag kis kapacitásúak (pF-nF)

• Nem polarizáltak

• Kis soros ellenállásúak

• Kis parazita induktivitásuk van (SMD!)• Kis parazita induktivitásuk van (SMD!)

• Furat- és felületszerelt kivitelben is kaphatók

• Alkalmazási terület:• Tápfeszültség nagyfrekvenciás szűrése

Kerámia kondenzátorok

Kerámia tárcsa kondenzátorok

C = számérték · szorzó

Pl.: 223 >> 22·103 pF

SMD

SMD kerámia kondenzátorok• Sokféle dielektrikum létezik:

• C0G/NP0 – a legjobb minőségű, legkisebb hőmérsékletfüggésű dielektrikum (+/-30ppm/°C a 25…85°C tartományban)

• Ennek a veszteségei a legkisebbek, ezért szűrőkben időzítő áramkörökben oszcillátorokbanszűrőkben, időzítő áramkörökben, oszcillátorokban használjuk őket.

• Az SMD kivitellel együtt járó kis soros induktivitás és a C0G/NP0 anyag jó nagyfrekvenciás tulajdonságai miatt ezek a kondenzátorok a GHz-es tartományig használhatók.

SMD kerámia kondenzátorok• EIA Class1-es dielektrikumok pl.: C0G (=NP0)

C 0.0 0 -1 G ±30B 0.3 1 -10 H ±60L 0.8 2 -100 J ±120A 0.9 3 -1000 K ±250M 1.0 4 +1 L ±500P 1 5 6 +10 M ±1000

EIA Class 1 dielektrikum kódok

ppm/°C SzorzóTolerancia

ppm/°C-ban (25…85°C)

EIA: M7G C0G B2G U1G P2G R2G S2H T2H U2J P3K R3LIpar: P100 NP0 N030 N075 N150 N220 N330 N470 N750 N1500 N2200

P 1.5 6 +10 M ±1000R 2.2 7 +100 N ±2500S 3.3 8 +1000T 4.7V 5.6U 7.5

2013.05.01.

7

SMD kerámia kondenzátorok• EIA Class2-es dielektrikumok pl.: X5R, X7R, Y5P,

Y5V, Z5U

X -55 °C 4 +65 °C A ±1.0%Y -30 °C 5 +85 °C B ±1.5%Z +10 °C 6 +105 °C C ±2.2%

7 +125 °C D ±3.3%

EIA Class 2 dielektrikum kódok

Minimum hőmérséklet

Maximum hőmérséklet

Megengedett dC a tartományban

8 +150 °C E ±4.7%9 +200 °C F ±7.5%

L +15% / -40%P ±10%R ±15%S ±22%T +22% / -33%U +22% / -56%V +22% / -82%

Class 1 és Class 2 összehasonlítása

Elektrolit kondenzátorok• Nagy kapacitásérték (tip. nF - 10000uF…)

• Kisfrekvenciásak (tipikusan hangfrekvencia)

• Polarizáltak

• Fontos a maximális működési hőmérséklet!

• Általában nagy a soros par ellenállásuk• Általában nagy a soros par. ellenállásuk

• Alkalmazási terület:• Hangfrekvenciás átvitel (DC leválasztás)

• Energiatárolás (tápok pufferei, Low ESR!)

• Kisfrekvenciás szűrés

Elektrolit kondenzátorok

Tantál elektrolit kondenzátorok• Értékük nF-tól néhány uF-ig

• Polarizáltak!

• Közepes frekvencián alkal-mazhatók

• Tipikus alkalmazási terület:Tipikus alkalmazási terület:• Energiaátalakítók pufferei

• Tápszűrő kondenzátorok

Elektrolit kondenzátorok bekötése

2013.05.01.

8

Fóliakondenzátorok• Értékük a pF – uF tartományban van• Nem polarizáltak• Közepes-nagyfrekvenciásak• Kis veszteségűek!• Viszonylag nagy méretűek• Nagy feszültségre is készülnek• Nagy váltakozó áramot elviselnek (pl. MKP)• Alkalmazási területek:

• Jelfeldolgozás!• Nagyfesz. szűrők, leválasztók, stb.

Fóliakondenzátorok

Modern fóliakondenzátorok

• Modern fóliakondenzátor esetében a kivezetések a feltekercselt test oldalának teljes felületén csatlakoznak a fegyverzetet képviselő fém fóliához.

• Ez nemcsak kicsi soros induktivitást eredményez hanem a soros ellenállást (RESR) is nagy mértékben csökkenti.

Trimmer kondenzátorok• Dielektrikumuk levegő, kerámia vagy műanyag

• Hangolásra használatosak, pl. rádiótechnikában

• Értékük néhány pF

Induktivitások, fojtók• ÉRTÉK

• Pontosság, tűrés

• Soros ellenállás

• Maximális áram (telítődés?!)

• Frekvenciatartomány• Frekvenciatartomány

• Maximális feszültség

• Maximális hőmérséklet

• Kivitel (furatszerelt, felületszerelt)

Induktivitások• Kis méretű furatszerelhető induktivitások

• Festékkel passzivált axiális vagy radiális (régebbi) kivitelű szolenoidok

• Régebben színkódothasználtak

Kis L érték: nH• Kis L érték: nH

• A magjuk nem ferro-mágneses anyag

2013.05.01.

9

Induktivitások• Kis méretű felületszerelhető induktivitások

• Kis öninduktivitás érték: nH…mH

• A nagyobbak értékkódosak és ferrit magjuk van.

Fojtótekercsek• A tekercs belseje általában ferritmaggal van

kitöltve, ennek célja a nagyobb induktivitás elérése

• A vasanyag hátránya azonban, hogy• veszteségforrás

• korlátozza a maximális frekvenciát

• nemlineáris

• telítődik

• (nagyobb fojtóknál számottevő a súly)

Fojtótekercsek• Alkalmazási területek:

• Zavarszűrés

• Kapcsolóüzemű konverterek (tápegységek) LC-szűrői

• Áramkorlátozó fojtók teljesítményelektronikában(pl kompakt fénycsövek)(pl. kompakt fénycsövek)

• A magok általában porkohászati úton előállított ferritek, újabban ún. „beépített” légréssel

Induktivitások

Toroidok

SMD Induktivitás

SMD chipinduktivitások

Induktivitás színkódok Transzformátorok• Energiaátviteli

transzformátorok

HF

2013.05.01.

10

Transzformátorok• Jelátviteli

transzformátorok

• Pl. ethernet illesztő impulzustranszformátora

Fröccsöntött tokban elhelyezettimpulzustranszformátorok

Diódák

Mini MELF tok

Graetz-hidak

LED-ek, kijelzőkLCD kijelző

SMD LED

Furatszerelhető LED-ek

7-szegmenses LED kijelző

+-

1W-os power LED

Oszcillátorok, kvarcokKvarc oszcillátor:4.000 MHz-es kvarc

Kerámia rezonátorok:

Tranzisztorok

SMD alkatrészek: SMD Codebook

Relék, optocsatolók

Relé:

Optocsatoló:

2013.05.01.

11

Integrált áramkörök• Plasztik tokos integrált áramkörök:

Integrált áramkör – DIP tokban• DIP : Dual-In-

Line Package

Integrált áramkörök BGA tokban

A kivezetések száma akár 1500 is lehet!A bumpok távolsága az ún. fine pitch bga esetében csak 0.8 mm!

Integrált áramkörök PGA tokban• Ha az IC-t cserélni is kell, PGA tokot használunk

• PGA = Pin Grid Array

PGA-BGA adapter

FC-PGA 370 foglalat

ZIF-PGA socket(Zero Insertion Force)

Kapcsolók

DIP kapcsolósor:

SMD:

Kapcsolók• Rotary switch - kiválasztókapcsoló

2013.05.01.

12

Csatlakozók, biztosítékok

Biztosíték

RCA:

D-SUB 93,5mm Jack dugó

BNC:

Sorkapocs

RCA:

3,5mm Jack aljzat

Tüskesor, hüvelysor

Jumper

Tüskesor Hüvelysor

NYÁK-ba ültethető sorkapocs:

Az alkatrészek összekötése forrasztással

Egyszerű próbaáramkör kézi forrasztással

Az alkatrészek összekötése próbapanellel

Az alkatrészek összekötése PCB-velPBA = Printed Board Assembly

Köszönöm a figyelmet…• Milyen alkatrész van a képen???

szucs@eet.bme.hu

2013.05.01.

13

Feladatok

…

Szűcs Zoltán | szucs@eet.bme.hu

1. Áramkörszintézis• Tervezzen olyan áram-feszültség átalakító áramkört, amely

mikrokontroller A/D-bemenetére illeszthető és Ibe max = 200 mA maximális bemenő áramjel esetén Uki max = 1.02 V feszültséget ad ki a kimenetre. (A bemenetet nem muszáj galvanikusan elválasztani a kimenettől.)

• Az egyes alkatrészek paramétereit úgy válassza meg, hogy a kimenő jel hőmérsékletfüggése, közepes bemenő áram esetén (100mA) és 25°C-on, 25.5μV/°C-nál ne legyen rosszabb és az(100mA) és 25 C on, 25.5μV/ C nál ne legyen rosszabb és az áramkör működése a lehető legnagyobb áramtartományban (tehát kis áramoknál is!!!) lineáris legyen!

• (Lehetőleg ügyeljen arra is, hogy a konverter ne adjon ki nullától különböző feszültséget, ha az áramkör bemenetét üresen hagyjuk (szakadással zárjuk le)!

2. Alkatrészek• Egy elektronikus

alkatrész elő- és hátoldala látható az ábrán. Írja le, hogy milyen alkatrészről van szó és a felirat alapján mondja meg legalább három tulajdonságát (a mértékegységet is írja oda)!